宽馏程燃料及缸内活化热氛围协同控制实现压燃式内燃机高效清洁燃烧的基础研究

针对未来低NOx和PM排放、低燃油耗发动机燃烧优化控制的需要，利用介于汽油和柴油镏程之间的石油系燃料协同控制缸内燃烧的活化氛围和热氛围，配合发动机的改造，探索实现汽油机和柴油机统一化的预混合压缩着火燃烧模式。通过试验和模拟计算研究宽镏程石油系燃料实现预混合压缩着火燃烧的边界条件；燃料理化特性及缸内活化热氛围对发动机可燃混合气制备、燃烧及排放污染物生成的影响规律；宽镏程石油燃料理化特性与燃烧系统的适应性，满足预混合压缩着火燃烧要求的燃料理化特性指标。确定影响宽镏程石油系燃料实现高效清洁燃烧的关键因素，提出发动机燃烧边界条件与燃料化学动力学过程协同控制实现预混合压缩着火高效清洁燃烧的控制方法或控制策略，探索同时降低微粒和NOx排放的燃烧模式，减少发动机的原始排放污染物，提高燃烧的定容性和燃烧效率。揭示燃料化学及缸内活化热氛围对燃烧及排放的影响机理，丰富内燃机的燃烧理论。

针对新一代超低排放压燃式发动机，对发动机燃烧系统及供油系统进行改造，设计开发了燃油喷射控制系统、模拟增压中冷系统以及满足大流量EGR要求的EGR控制系统，建立了预混合压缩着火燃烧试验研究平台、模拟仿真平台及光学测试平台。通过试验和模拟计算的手段研究了宽馏程石油系燃料实现预混合压缩着火燃烧的边界条件，燃料理化特性及缸内活化热氛围对发动机可燃混合气制备、燃烧及排放污染物生成的影响规律，深入分析了宽镏程石油燃料理化特性与燃烧系统的适应性及满足预混合压缩着火燃烧要求的燃料理化特性指标，确定了影响宽馏程石油系燃料实现高效清洁燃烧的关键因素，提出了发动机燃烧边界条件与燃料化学动力学过程协同控制实现预混合压缩着火高效清洁燃烧的控制方法或控制策略，揭示了燃料化学及缸内活化热氛围对燃烧及排放的影响机理。研究结果表明，燃料特性及燃烧边界条件对发动机燃烧及排放均有显著影响，通过提前喷油能够进一步改善缸内燃油雾化混合过程，有利于实现更大比例的预混合燃烧，但存在NOx排放急剧增加的问题。通过向进气道内引入不同量的冷却废气，改变进气氧浓度及热力状态，有助于解决喷油定时提前带来NOx排放升高问题。但EGR率过大，烟度、CO和HC排放均逐渐恶化。通过在压燃式发动机上应用汽油/柴油宽馏程燃料，能够延长滞燃期，缩短燃烧持续期，有利于增大预混合燃烧量，降低排气烟度，并改善燃烧定容性。为兼顾发动机热效率及排放性，采用汽油掺混体积比40%左右的宽馏程燃料较为适宜。通过与燃烧相位及EGR协同配合，燃用宽馏程燃料能够在保证指示热效率的同时，降低NOx的排放，并且对烟度的影响较小。研究成果可为优化燃油组分结构、简化燃油炼制工艺、满足高效清洁内燃机对于高品质燃料的需求提供依据，同时对于丰富和发展内燃机燃烧理论、推进宽馏程燃料的推广应用、实现未来汽油机/柴油机的统一化具有重要的理论指导意义，为内燃机的节能减排探索了新的途径。